माटो विज्ञानमा विद्यावारिधि गर्ने विद्यार्थी शुओहाओ काईले विस्कॉन्सिन विश्वविद्यालय-म्याडिसन ह्यान्कक कृषि अनुसन्धान स्टेशनमा माटोको विभिन्न गहिराइमा मापन गर्न अनुमति दिने बहुकार्यात्मक सेन्सर स्टिकर भएको सेन्सर रड राख्छन्।
म्याडिसन - विस्कॉन्सिन-म्याडिसन विश्वविद्यालयका इन्जिनियरहरूले कम लागतका सेन्सरहरू विकास गरेका छन् जसले सामान्य विस्कॉन्सिन माटोका प्रकारहरूमा नाइट्रेटको निरन्तर, वास्तविक-समय निगरानी प्रदान गर्न सक्छन्। यी छापिएका इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सरहरूले किसानहरूलाई थप सूचित पोषक तत्व व्यवस्थापन निर्णयहरू गर्न र आर्थिक लाभहरू प्राप्त गर्न मद्दत गर्न सक्छन्।
"हाम्रा सेन्सरहरूले किसानहरूलाई उनीहरूको माटोको पोषण स्थिति र उनीहरूको बिरुवामा उपलब्ध नाइट्रेटको मात्राको बारेमा राम्रोसँग बुझाउन सक्छन्, जसले गर्दा उनीहरूलाई वास्तवमा कति मल चाहिन्छ भनेर अझ सही रूपमा निर्णय गर्न मद्दत गर्दछ," हार्वर्ड विश्वविद्यालयका सहायक प्राध्यापक जोसेफ एन्ड्रयूजले भने। यो अध्ययन विस्कॉन्सिन-म्याडिसन विश्वविद्यालयको स्कूल अफ मेकानिकल इन्जिनियरिङको नेतृत्वमा गरिएको थियो। "यदि उनीहरूले किन्ने मलको मात्रा घटाउन सक्छन् भने, ठूला फार्महरूको लागि लागत बचत महत्त्वपूर्ण हुन सक्छ।"
नाइट्रेटहरू बाली वृद्धिको लागि आवश्यक पोषक तत्व हुन्, तर अत्यधिक नाइट्रेटहरू माटोबाट चुहिन सक्छन् र भूमिगत पानीमा प्रवेश गर्न सक्छन्। यस प्रकारको प्रदूषण दूषित इनारको पानी पिउने मानिसहरूका लागि हानिकारक छ र वातावरणको लागि हानिकारक छ। अनुसन्धानकर्ताहरूको नयाँ सेन्सरलाई नाइट्रेट चुहिनको निगरानी गर्न र यसको हानिकारक प्रभावहरूलाई कम गर्न उत्तम अभ्यासहरू विकास गर्न मद्दत गर्न कृषि अनुसन्धान उपकरणको रूपमा पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ।
माटो नाइट्रेट निगरानी गर्ने हालका विधिहरू श्रम-गहन, महँगो छन्, र वास्तविक-समय डेटा प्रदान गर्दैनन्। त्यसैले मुद्रित इलेक्ट्रोनिक्स विशेषज्ञ एन्ड्रयूज र उनको टोलीले राम्रो, कम खर्चिलो समाधान सिर्जना गर्न लागे।
यस परियोजनामा, अनुसन्धानकर्ताहरूले इन्कजेट प्रिन्टिङ प्रक्रिया प्रयोग गरेर पोटेन्टियोमेट्रिक सेन्सर, एक प्रकारको पातलो-फिल्म इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सर सिर्जना गरे। पोटेन्टियोमेट्रिक सेन्सरहरू प्रायः तरल घोलमा नाइट्रेट सही रूपमा मापन गर्न प्रयोग गरिन्छ। यद्यपि, यी सेन्सरहरू सामान्यतया माटोको वातावरणमा प्रयोगको लागि उपयुक्त हुँदैनन् किनभने ठूला माटोका कणहरूले सेन्सरहरूलाई स्क्र्याच गर्न सक्छन् र सही मापनलाई रोक्न सक्छन्।
"हामीले समाधान गर्न खोजिरहेको मुख्य चुनौती भनेको यी इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सरहरूलाई कठोर माटोको अवस्थामा राम्रोसँग काम गर्न र नाइट्रेट आयनहरू सही रूपमा पत्ता लगाउने तरिका खोज्नु थियो," एन्ड्रयूजले भने।
टोलीको समाधान सेन्सरमा पोलिभिनिलिडीन फ्लोराइडको तह राख्नु थियो। एन्ड्रयूजका अनुसार, यो सामग्रीमा दुई प्रमुख विशेषताहरू छन्। पहिलो, यसमा धेरै साना छिद्रहरू छन्, लगभग ४०० न्यानोमिटर आकारको, जसले माटोका कणहरूलाई रोक्दै नाइट्रेट आयनहरूलाई पार गर्न अनुमति दिन्छ। दोस्रो, यो हाइड्रोफिलिक छ, अर्थात्, यसले पानीलाई आकर्षित गर्छ र स्पन्ज जस्तै सोस्छ।
"त्यसैले कुनै पनि नाइट्रेट युक्त पानी हाम्रो सेन्सरहरूमा प्राथमिकताका साथ चुहिनेछ, जुन साँच्चै महत्त्वपूर्ण छ किनभने माटो पनि स्पन्ज जस्तै हो र यदि तपाईंले उही पानी अवशोषण प्राप्त गर्न सक्नुहुन्न भने सेन्सरमा ओसिलोपन पस्ने सन्दर्भमा तपाईं युद्ध हार्नुहुनेछ। माटोको क्षमता," एन्ड्रयूजले भने। "पोलिभिनिलिडेन फ्लोराइड तहका यी गुणहरूले हामीलाई नाइट्रेट युक्त पानी निकाल्न, सेन्सर सतहमा पुर्याउन र नाइट्रेट सही रूपमा पत्ता लगाउन अनुमति दिन्छ।"
अनुसन्धानकर्ताहरूले मार्च २०२४ मा एडभान्स्ड मटेरियल्स टेक्नोलोजी जर्नलमा प्रकाशित एक पेपरमा आफ्नो प्रगतिको विस्तृत विवरण दिए।
टोलीले विस्कॉन्सिनसँग सम्बन्धित दुई फरक माटो प्रकारहरूमा आफ्नो सेन्सर परीक्षण गर्यो - राज्यको उत्तर-मध्य भागहरूमा सामान्य बलौटे माटो, र दक्षिणपश्चिम विस्कॉन्सिनमा सामान्य सिल्टी दोमट - र पत्ता लगायो कि सेन्सरहरूले सही परिणामहरू उत्पादन गरे।
अनुसन्धानकर्ताहरूले अब आफ्नो नाइट्रेट सेन्सरलाई "सेन्सर स्टिकर" भनिने बहुकार्यात्मक सेन्सर प्रणालीमा एकीकृत गर्दैछन्, जसमा तीन फरक प्रकारका सेन्सरहरू टाँसिने ब्याकिङ प्रयोग गरेर लचिलो प्लास्टिक सतहमा माउन्ट गरिएका हुन्छन्। स्टिकरहरूमा आर्द्रता र तापक्रम सेन्सरहरू पनि हुन्छन्।
अनुसन्धानकर्ताहरूले एउटा खम्बामा धेरै सेन्सरी स्टिकरहरू जोड्नेछन्, तिनीहरूलाई फरक-फरक उचाइमा राख्नेछन्, र त्यसपछि खम्बालाई माटोमा गाड्नेछन्। यो सेटअपले उनीहरूलाई फरक-फरक माटोको गहिराइमा मापन गर्न अनुमति दियो।
"विभिन्न गहिराइमा नाइट्रेट, आर्द्रता र तापक्रम मापन गरेर, हामी अब नाइट्रेट लिचिंग प्रक्रियाको मापन गर्न सक्छौं र माटोबाट नाइट्रेट कसरी सर्छ भनेर बुझ्न सक्छौं, जुन पहिले सम्भव थिएन," एन्ड्रयूजले भने।
२०२४ को गर्मीमा, अनुसन्धानकर्ताहरूले सेन्सरको थप परीक्षण गर्न विस्कॉन्सिन-म्याडिसन विश्वविद्यालयको ह्यानकक कृषि अनुसन्धान स्टेशन र आर्लिंगटन कृषि अनुसन्धान स्टेशनमा माटोमा ३० वटा सेन्सर रडहरू राख्ने योजना बनाएका छन्।
पोस्ट समय: जुलाई-०९-२०२४